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Come funziona un binocolo

Fin dall’invenzione del telescopio si è pensato di realizzarne una versione che potesse essere usata con entrambi gli occhi; si hanno notizie di “binocoli” fin dal 1608. Fino al 1854, quando Ignazio Porro brevetta l’erezione dell’immagine prismatica, i binocoli sono essenzialmente galileiani. Bisognerà però aspettare la fine del XIX secolo per vedere il primo, vero, binocolo prismatico, frutto della collaborazione del progettista di ottiche Ernst Abbe, che perfeziona il gruppo di prismi di Porro, Otto Schott, produttore di vetro ottico, e Karl Zeiss, produttore di strumenti ottici: insieme, svilupperanno un numero impressionante di strumentazioni, tra cui il primo binocolo moderno a prismi di Porro (uno strumento 8x20), nel 1894.

Binocolo Steiner
Schema ottico di un binocolo con prismi di Porro

Il binocolo moderno è uno strumento ottico di precisione il cui scopo è fornire all’osservatore immagini tridimensionali dell’oggetto osservato; è essenzialmente composto da due cannocchiali uguali accoppiati in modo tale da poter essere impiegati osservando un oggetto lontano con entrambi gli occhi.

Un cannocchiale è formato da un obiettivo, che raccoglie la luce e la invia a un oculare, che ingrandisce l’immagine e la presenta all’occhio dell’osservatore.

Il binocolo è perciò un oggetto apparentemente semplice, ma che introduce diverse difficoltà tecniche costruttive, come il corretto allineamento tra i due strumenti ottici, e la loro perfetta coerenza ottica: devono essere assolutamente identici.

La forma più semplice di telescopio restituisce una immagine ruotata di 180°, in pratica vedremmo l’immagine capovolta.

Binocolo Steiner
Schema ottico di un binocolo con prismi a tetto

A differenza della maggior parte dei cannocchiali, che impiegano un gruppo di lenti aggiuntive per raddrizzare l’immagine, i moderni binocoli impiegano un gruppo di prismi sia per invertire l’immagine, sia per ridurre le dimensioni dello strumento (ripiegando il percorso del fascio di luce): attualmente sono impiegati due schemi ottici, uno che prevede una coppia di prismi tradizionali disposti secondo la configurazione di Porro e l’altro l’impiego di una configurazione di due prismi a tetto.

È facile distinguere un binocolo moderno che impiega uno schema ottico dall’altro: tutti i binocoli con l’obbiettivo sfalsato rispetto all’asse dell’oculare usano i prismi di Porro, se invece sono coassiali (dritti, a “tubo”!) impiegano prismi a tetto.

Binocolo Steiner
Lo Steiner Nighthunter XP 8x30, binocolo di eccellente qualità basato sullo schema ottico con prismi di Porro

La costruzione di un binocolo con i prismi a tetto è più costosa e più difficile di uno tradizionale, con i prismi di Porro; inoltre, a causa di un maggior numero di passaggi aria/vetro (nella configurazione più usata per la sua compattezza, la Schmidt-Pechan), può avere una maggiore dispersione luminosa interna. I prismi a tetto Schmidt-Pechan hanno anche bisogno di trattamenti superficiali particolari per la correzione di fase (PC, Phase Correction), necessaria per evitare perdite di contrasto e l’introduzione di aberrazioni aggiuntive (come l’effetto di interferenza), e la creazione di superfici riflettenti (specchi) perché gli angoli sono troppo piccoli per ottenere la riflessione interna totale data dal superamento dell’angolo critico. Esiste anche il prisma di Abbe-Koenig, che però è molto più ingombrante.

Binocolo Steiner
Un giogo con i prismi montati secondo lo schema di Porro
Binocolo Steiner
Un giogo montato con i prismi a tetto secondo la configurazione Schmidt-Pechan

Inoltre, sebbene l’impiego dei prismi a tetto consenta di realizzare binocoli molto più compatti, la maggior distanza tra gli assi degli obbiettivi assicurata dallo schema tradizionale a prismi di porro consente una maggiore percezione tridimensionale degli oggetti osservati anche a distanze considerevoli.

Dati due binocoli di identiche prestazioni e caratteristiche, e a parità di qualità dei materiali e di lavorazione, uno equipaggiato di prismi di Porro e l’altro con prismi a tetto, i vantaggi di quest’ultimo sono riassumibili in una migliore ergonomia, la possibilità di messa a fuoco a distanze minime (sotto i 3 m) e una eccellente estrazione pupillare (dai 16 mm in su), oltre a peso e dimensioni inferiori e un aspetto molto più pulito ed elegante. I vantaggi di un binocolo tradizionale sono una migliore resa ottica, una maggiore percezione della profondità e una maggiore economicità di produzione. Dal punto di vista qualitativo il divario si è assottigliato, per cui un binocolo di fascia alta con prismi a tetto è praticamente in grado di eguagliare le prestazioni di un binocolo tradizionale; purtroppo, la qualità si paga e il prezzo è generalmente superiore di un buon 25% rispetto a uno con prismi di Porro di identica qualità.

Il trend attuale, guidato dai gusti, soprattutto estetici, dei consumatori si è stabilizzato nella direzione dei prodotti con i prismi a tetto, ed è in quella direzione che i grandi produttori hanno indirizzato i propri sforzi di ricerca e sviluppo.

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